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高温熟料非稳态非热平衡渗流换热模型

计量学报 2019年第3期40卷 432-439页

作者：王美琪陈恩利郭文武刘鹏飞戚壮侯爽石家庄铁道大学机械工程学院河北石家庄050043 河北省水资源研究与水利技术试验推广中心河北石家庄050000

回转窑卸入篦冷机的高温水泥熟料为红热半透明的多孔介质,其复杂的气固换热机理给篦冷机的工艺改进带来较大难度。针对这一问题,将高温红热颗粒等效为光学厚介质,推导了一种高温熟料颗粒间传导与辐射综合换热系数,基于渗流力学与传热学... 详细信息

回转窑卸入篦冷机的高温水泥熟料为红热半透明的多孔介质,其复杂的气固换热机理给篦冷机的工艺改进带来较大难度。针对这一问题,将高温红热颗粒等效为光学厚介质,推导了一种高温熟料颗粒间传导与辐射综合换热系数,基于渗流力学与传热学理论,建立了考虑高温熟料颗粒间热辐射效应的水泥熟料非稳态非热平衡渗流换热模型。通过对所建模型进行求解,得到了料层内熟料温度与气体温度的分布规律,比较了不同区域冷却速率的差异,获得了辐射传热因素对料层温度分布的影响。

关键词：计量学渗流换热水泥熟料篦冷机多孔介质热辐射

考虑流体相变效应的粗糙裂隙非线性渗流换热机理

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成都理工大学学报（自然科学版） 2024年第5期51卷 833-844,853页

作者：刘先珊罗晓雷白冰魏宁刘少炜张普纲李满潘玉华重庆大学土木工程学院重庆400045 山地城镇建设与新技术教育部重点实验室(重庆大学) 重庆400045 库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心(重庆) 重庆400045 中国科学院武汉岩土力学研究所环境岩土工程湖北省重点实验室武汉430071 山西省交通新技术发展有限公司太原030000

三维粗糙裂隙渗流换热机理的研究,对提升地下热储层的热提取率意义重大。当前,热开采过程中的多场耦合问题已取得了丰富的成果,但热开采过程中流体的相变作用对裂隙渗流特性及传热变化的影响却鲜有涉及。为剖析流体相变作用下的非线性... 详细信息

三维粗糙裂隙渗流换热机理的研究,对提升地下热储层的热提取率意义重大。当前,热开采过程中的多场耦合问题已取得了丰富的成果,但热开采过程中流体的相变作用对裂隙渗流特性及传热变化的影响却鲜有涉及。为剖析流体相变作用下的非线性渗流换热机理,以三维粗糙裂隙为研究对象,基于Fluent软件建立单相与多相流-热耦合模型,对比是否考虑相变作用的不同入口流速、入口温度和壁面温度时的局部换热系数分布特征。结果表明未考虑相变作用时,壁面局部粗糙程度控制局部换热系数的分布特征;基于Forchheimer公式,得知流体传热过程中非线性渗流特性显著。考虑相变作用后,流体呈现类似剪切稀释流体的特征,而气相体积分数则对系统换热过程起主导作用。因此,考虑流体的相变效应可以更准确地揭示热开采过程中的渗流特征和热提取效率的演化机理。

关键词：粗糙裂隙渗流换热流热耦合非线性渗流相变

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水泥熟料堆积体渗流换热的管道等效模型研究

燕山大学学报 2017年第6期41卷 550-554页

作者：王美琪刘浩然闻岩赵志彪刘彬石家庄铁道大学机械工程学院河北石家庄050043 燕山大学信息科学与工程学院河北秦皇岛066004 燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004

本文将管道流动换热理论与多孔介质达西渗流理论结合,建立了具有多孔介质特性的熟料颗粒堆积体渗流换热的等效管道换热物理模型,推导了熟料颗粒堆积体的多孔介质参数与等效管道参数的对应关系,并通过数值仿真计算,给出了等效管道模型的... 详细信息

本文将管道流动换热理论与多孔介质达西渗流理论结合,建立了具有多孔介质特性的熟料颗粒堆积体渗流换热的等效管道换热物理模型,推导了熟料颗粒堆积体的多孔介质参数与等效管道参数的对应关系,并通过数值仿真计算,给出了等效管道模型的管直径、管内气体流速、管数量随熟料颗粒直径与熟料单元体孔隙率的变化曲线,为堆积颗粒多孔介质的简化提供了理论方法与等效数据。

关键词：水泥熟料多孔介质渗流换热颗粒堆积体

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水泥熟料堆积体渗流换热模型研究

水泥熟料堆积体渗流换热模型研究

作者：岳海龙燕山大学

学位级别：硕士

在水泥生产行业，生产过程的节能减排是企业目前最重视的问题之一。而水泥熟料的冷却过程是热能资源回收和减少废气排放的重要环节，研究水泥熟料堆积体的换热机理，将有助于从根本上提高高温水泥熟料堆积体的换热效率，为提高篦冷机的... 详细信息

在水泥生产行业，生产过程的节能减排是企业目前最重视的问题之一。而水泥熟料的冷却过程是热能资源回收和减少废气排放的重要环节，研究水泥熟料堆积体的换热机理，将有助于从根本上提高高温水泥熟料堆积体的换热效率，为提高篦冷机的冷却效率和热回收率奠定理论基础。本文针对高温水泥熟料堆积体的冷却换热问题，首先，分析了篦冷机的工作原理，然后，以实验条件下的水泥熟料堆积体为研究对象，分别建立了等距分割换热模型、变距分割换热模型和直管等效模型。等距分割换热模型沿气体运动方向将熟料堆积体划分为等厚度的薄层状单元，采用耦合三对角矩阵数值迭代算法对数学模型进行了求解;变距分割换热模型将时间和入口气体离散化，然后在气体运动方向将熟料堆积体划分为变厚度的单元，采用了解析法求解出目标参数的表达式;直观等效换热模型是将直管换热理论引入熟料堆积体多孔介质换热研究中，利用直观换热理论的思想和方法，求解获得了熟料和流体的温度参数变化规律。三种模型的计算结果表明：空气温度和熟料温度均呈现出非稳态变化规律。针对以上模型的计算结果，自主设计了实验装置，实验中采集了顶部熟料温度、底部熟料温度、中部熟料温度、进排气处压力和流量等数据，通过实验数据和模型计算结果的对比，实现了对上述模型的实验验证，结果表明所建模型具有一定的合理性和可行性，各模型具备各自的优劣性及适用范围。此外，利用此实验设备对水泥熟料堆积体的渗透率进行了测量，为模型的计算提供了基础数据。

关键词：水泥熟料多孔介质渗流换热篦冷机渗透率

用于海水源热泵的海岸井渗滤取水系统渗流换热性能研究

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用于海水源热泵的海岸井渗滤取水系统渗流换热性能研究

作者：陈高峰天津大学

学位级别：硕士

天津渤海海域夏季表层海水温度较气温低，水温在深度方向上变化明显，冬季水温较低，短期有结冰状况，并且沿海水质较差，因此不宜直接作为海水源热泵的热汇/源。应用于海水源热泵的海岸井渗滤取水系统是一种综合利用海洋热能和土壤储... 详细信息

天津渤海海域夏季表层海水温度较气温低，水温在深度方向上变化明显，冬季水温较低，短期有结冰状况，并且沿海水质较差，因此不宜直接作为海水源热泵的热汇/源。应用于海水源热泵的海岸井渗滤取水系统是一种综合利用海洋热能和土壤储能的系统，可以有助于解决以上问题。在此前提下，本文对海岸井渗滤取水系统渗流换热性能进行了研究。首先，对天津渤海海水温度、沿海地质及浅层土壤温度进行了测试与勘察，论述了在天津沿海构建海岸井渗滤取水系统的可行性。通过合理的假设，结合通用的地下水渗流换热模型，建立海岸井渗滤取水系统的渗流换热数学模型，包括控制方程及单值性条件，之后运用Fluent软件进行求解。然后，根据课题组野外抽水实验及实验室水样、土样分析实验获取的基础数据，如渗流系数、海水温度、海岸井抽水水温的变化规律等，运用数值方法确定含水层的导热系数及孔隙率，并进一步验证所建海岸井渗滤取水渗流换热模型的准确性和在有界含水层中的适用性。第三，运用已验证的有界含水层中海岸井渗滤取水渗流换热模型，结合实际工程水文地质条件，模拟研究海岸井位置、直径以及水位降深对海岸井出水量的影响，分析了海水温度、抽水时间、出水量以及井的结构参数对海岸井出水水温的影响。最后，运用费用年值法对使用海岸井渗滤取水系统海水源热泵的具体工程进行优化设计，确定了优化的海岸井位置、数量及直径。对海岸井渗滤取水海水源热泵系统能源利用情况进行分析，得出此系统利用土壤储能及海洋热能的比例。并对海水、井水的水质进行测试分析，从海水对换热器的腐蚀角度出发，对渗滤取水的水质进行了评价。测试结果表明，海岸井渗滤取水系统有利于减小水质对换热器的腐蚀。

关键词：海水源热泵海岸井渗滤取水渗流换热有界含水层水质评价优化设计

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单裂隙渗流换热实验的模拟研究

单裂隙渗流换热实验的模拟研究

作者：王亚宁中国地质科学院

学位级别：硕士

开发利用可再生能源对于缓解我国能源需求压力、保证我国绿色可持续发展具有重要意义。作为可再生能源的一种,地热能具有总量巨大、连续稳定、环境友好等优势,在应对全球气候变暖和节能减排方面,将发挥积极作用。增强型地热系统（EGS）... 详细信息

开发利用可再生能源对于缓解我国能源需求压力、保证我国绿色可持续发展具有重要意义。作为可再生能源的一种,地热能具有总量巨大、连续稳定、环境友好等优势,在应对全球气候变暖和节能减排方面,将发挥积极作用。增强型地热系统（EGS）中高温岩石裂隙与流体之间的对流换热特征一直以来是干热岩（HDR）研究的重要基础内容,其对于开发利用干热岩型地热资源具有重要意义,然而研究发现目前单岩石渗流换热研究尚存在若干不足。首先是对于裂隙流体流动方式为湍流时的研究不够深入,其次是目前实验室常用干热岩单裂隙渗流换热实验装置存在若干问题,导致实验室中得到的对流换热系数测量值比相关的数值模拟结果以及解析解小了约10～100倍,使得对流换热系数的数值被严重低估。为了解决上述两个问题,本文首先建立了单块岩石的三维数值模型,主要研究了流体流动方式为湍流时相较流动方式为层流时的强化传热效果,同时研究了流体流速、裂隙面粗糙度、裂隙开度、岩石以及裂隙长度等对岩石裂隙与流体之间对流换热特征的影响。主要发现流体流动方式为湍流时岩石裂隙与流体之间的对流换热系数相较于层流最大可以提高1倍左右,不能忽略湍流对裂隙渗流换热的强化作用;其次在其他影响对流换热的因素中,对流换热系数对裂隙开度最敏感,随着裂隙开度的增大对流换热系数非线性减小。然后本研究以实验室内某一典型的干热岩单裂隙渗流换热实验装置为建模原型,建立单裂隙渗流换热实验装置三维数值模型,并结合解析解综合分析,研究了整个实验装置内部水的热量来源以及温度变化规律,证实了实验室计算得到的对流换热系数测量值比实际值小了约10～100倍这一现象,查明了实验室中得到的对流换热系数被严重低估的原因。计算结果表明,在岩石初始温度为353.15、363.15、373.15 K以及流速为10、20、30、40、50、60 m L/min,开度为1 mm的光滑裂隙中,流动状态为层流的水与裂隙面之间的对流换热系数的范围为3403.78～3522.58 W/（m2·K）。研究发现实验室内常用单裂隙渗流换热实验装置中岩石裂隙内的水的温度场与流场分布非常不均匀,导致实验室中常用的相关公式计算得到的岩石裂隙面平均温度测量值高于实际值,流体平均温度测量值低于实际值,因此岩石裂隙面与流体之间的温度差被高估。由牛顿冷却公式可知对流换热系数与岩石裂隙面与流体之间的温度差是反比的关系。因此温差被高估导致实验室内对流换热系数被严重低估。最后提出了改进实验装置的建议。

关键词：地热资源数值模拟岩石裂隙渗流换热对流换热系数

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篦冷机内水泥熟料温度的软测量

机械工程学报 2016年第6期52卷 159-165页

作者：王美琪刘彬闻岩刘浩然燕山大学信息科学与工程学院秦皇岛066004 燕山大学河北省特种光纤与光纤传感重点实验室秦皇岛066004 燕山大学机械工程学院秦皇岛066004

篦冷机内高温水泥熟料温度难以在线测量,给篦冷机的控制与热回收优化带来困难。针对这一问题,提出一种基于多孔介质渗流换热理论的篦冷机内熟料层温度软测量模型,并针对此模型设计一种解析法和隐式差分法相结合的流热耦合求解算法。根... 详细信息

篦冷机内高温水泥熟料温度难以在线测量,给篦冷机的控制与热回收优化带来困难。针对这一问题,提出一种基于多孔介质渗流换热理论的篦冷机内熟料层温度软测量模型,并针对此模型设计一种解析法和隐式差分法相结合的流热耦合求解算法。根据所提出的算法对软测量模型进行渗流-传热双向耦合求解,得到了篦冷机内高温水泥熟料由进料口至出料口的温度变化预测值。利用自主设计的试验平台进行高温熟料堆积体冷却试验,试验结果表明,仿真数据与试验数据的误差较小,所建模型对于篦冷机内水泥熟料温度具有较好的测量精度。

关键词：篦冷机熟料温度渗流换热软测量模型

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水泥熟料换热模型的研究

硅酸盐通报 2011年第6期30卷 1381-1385页

作者：闻岩李娜刘彬燕山大学机械工程学院秦皇岛066004 燕山大学电气工程学院秦皇岛066004

针对高温水泥熟料具有堆积颗粒多孔质特性,将多孔介质渗流换热理论引入到熟料换热研究中,并考虑到热弥散效应对多孔介质强化换热的影响,建立了适用于高温水泥熟料冷却过程的气-固换热三维物理数学模型,在满足工程精度要求前提下,简化为... 详细信息

针对高温水泥熟料具有堆积颗粒多孔质特性,将多孔介质渗流换热理论引入到熟料换热研究中,并考虑到热弥散效应对多孔介质强化换热的影响,建立了适用于高温水泥熟料冷却过程的气-固换热三维物理数学模型,在满足工程精度要求前提下,简化为更易求解和适于工业应用的一维非稳态换热模型。同时对其解法进行了相关研究,并通过模拟仿真验证了所建物理数学模型的正确性。

关键词：水泥熟料篦冷机多孔介质渗流换热

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水泥熟料堆积体等效直管换热模型研究

水泥熟料堆积体等效直管换热模型研究

作者：王佳顺燕山大学

学位级别：硕士

水泥是最基础的建筑原材料，其需求量大、用途广，不仅广泛的应用到民用和工业建筑，还在水利、交通、海港、农林以及城市建设中起到重要作用。而熟料在篦冷机内冷却换热过程直接关系到水泥质量，其换热规律一直是专家学者的研究热点。... 详细信息

水泥是最基础的建筑原材料，其需求量大、用途广，不仅广泛的应用到民用和工业建筑，还在水利、交通、海港、农林以及城市建设中起到重要作用。而熟料在篦冷机内冷却换热过程直接关系到水泥质量，其换热规律一直是专家学者的研究热点。但对于熟料堆积体的换热研究一直没有一种公认有效的方法，本文尝试在保证求解精度情况下，建立一种降低计算难度的模型，为熟料堆积体换热研究提供一种新方法。首先，针对篦冷机内水泥熟料换热问题，在深入分析水泥熟料换热过程的基础上，建立水泥熟料等效直管单元体换热物理模型。建立直管与熟料单元体内压力的等效关系，实现直管换热理论与渗流换热理论的结合，将熟料单元体内渗流换热关系式引入到直管换热的控制方程中并进行简化。通过对直管换热控制方程求解，获得水泥熟料单元体内相应的流体和熟料各参量的变化规律。其次，以水泥熟料等效直管单元体换热模型为基础，将等效直管单元体换热模型扩展到整体，建立熟料堆积体的变长度等效直管换热模型;分别对变长度的单元进行简化并求解，获得熟料堆积体的换热规律，揭示水泥熟料多孔介质的换热机理。变长度等效直管模型有效的减少水泥熟料堆积体渗流换热过程的计算量，提高其工程实践的实用性。最后，设计制定水泥熟料堆积体等效直管换热模型验证方案，根据实验方案对实验验证装备进行设计及加工，利用验证设备采集熟料堆积体换热过程中的相关数据。将模型理论计算结果与该条件下采集堆积体顶部空气温度、堆积体底部和顶部熟料温度等实验数据进行对比，验证模型的合理性。此外，对影响渗流换热的相关参数进行分析。

关键词：水泥熟料多孔介质渗流换热篦冷机